本文根据直接浸渍冷冻技术通用的载冷剂优缺点,提出多元载冷剂的组成,研究乙醇、丙二醇、盐类与水构成四元载冷剂的组成与其冻结点及热传递性的关系,筛选出在-20、-30、-40℃的低温浸渍快速冷冻工艺中可使用的载冷剂;并且设计及制作动态试验仪器,探讨浸渍冷冻装置的结构,研究在载冷剂为层流和湍流流动情况下,载冷剂与食品物料之间传热特性的变化规律。研究表明,载冷剂中乙醇、丙二醇和盐类对冻结点与热传递性的影响很大;乙醇、丙二醇、盐类与水构成四元载冷剂的各配方中,在-20、-30、-40℃的低温下热传递性最佳的组成为:乙醇20%、丙二醇14%、氯化钠4%的水溶液(-20℃);乙醇20%、丙二醇21%、氯化钠4%的水溶液(-30℃);乙醇20%、丙二醇30%、氯化钠4%的水溶液(-40℃)。乙醇、丙二醇、氯化钠与水构成四元载冷剂与目前通用的盐(NaCl)水、乙醇水溶液等相比,可进行-20～-40℃的深冻,其热传递性良好,并且在食品浸渍冷冻中,向食品的渗透量与损失量小。提出的浸渍冷冻装置的结构与目前使用的设备相比,其食品冻结速率快,可减少载冷剂对食品的渗透量。对目前在直接浸渍冷冻技术中采用的载冷剂,进行分析。结果表明,目前使用的载冷剂有盐(NaCl)水、乙醇水溶液、蔗糖液(二元溶液)、乙醇/NaCl水溶液、NaCl/CaCl2(或KCl)、葡萄糖(或蔗糖)/NaCl、蔗糖/果糖(或转化糖)的水溶液(三元溶液),其中盐(NaCl)水、乙醇水溶液、乙醇/NaCl水溶液为其冻结点较低,热传递性较好,这些载冷剂在直接浸渍冷冻技术中应用,存在的主要问题有:氯化钠容易向食品物料表层渗透,易腐蚀设备;乙醇挥发损失量大等。这是抑制直接浸渍冷冻技术发展的主要原因。而丙二醇具有对食品渗透性较低,挥发性低,其浓度对冻结点的影响与乙醇类似,对设备的腐蚀性小的优点,而且安全性符合食品要求。因而丙二醇在载冷剂中可代替乙醇和盐。在载冷剂中少量添加NaCl,有效降低载冷剂的冻结点,可使载冷剂中乙醇与丙二醇含量减少。因此乙醇、丙二醇、氯化钠与水构成四元溶液可作为在食品浸渍冷冻中的有效载冷剂。研究了载冷剂的组成与其冻结点的关系。对于浓度为55%以下的二元及三元溶液,其组成与冻结点的关系特性表明,无论总含量为多少,在乙醇含量为20～30%时,溶液的冻结温度达到最低值,因而溶液中乙醇含量可选为20%。研究乙醇、丙二醇、盐类(NaCl、CaCl2、KCl、MgCl2)与水构成四元载冷剂的组成与其冻结点的关系。结果表明,在乙醇、丙二醇与水构成三元溶液中添加NaCl、CaCl2时,明显降低其冻结点,而添加NaCl时冻结点降低率比CaCl2大得多。研究乙醇、丙二醇、氯化钠与水构成四元载冷剂在不同浓度配方下冻结点的分布。乙醇、丙二醇、氯化钠与水构成四元载冷剂与同量浓度的乙醇水溶液、丙二醇水溶液和乙醇,丙二醇与水构成三元溶液相比,其冻结点明显低。研究了乙醇、丙二醇、氯化钠与水构成四元载冷剂的组成与热传递性的关系。结果表明,载冷剂中乙醇、丙二醇和氯化钠对其密度的影响很小,可忽略,但对粘度与热扩散系数的影响较大。载冷剂中乙醇、丙二醇和氯化钠的含量越大,其粘度越高,并且其影响大小为:氯化钠>丙二醇>乙醇;载冷剂的温度越低,其粘度越高。载冷剂中乙醇、丙二醇和氯化钠的含量增加,其热扩散系数的变化趋势都为先减少后增加。研究由粘度和热扩散系数计算普朗特数,再由普朗特数评价载冷剂的热传递性。结果表明,由于载冷剂中乙醇、丙二醇和氯化钠的含量增加,其粘度及热扩散系数的变化明显,载冷剂的普朗特数都为先增加后减少。并且乙醇、丙二醇和氯化钠的含量小的载冷剂为其普朗特数较小,特别是氯化钠的含量小的载冷剂其普朗特数最小。据乙醇、丙二醇、氯化钠与水构成四元载冷剂的组成与冻结点及普朗特数的关系,总结出-20、-30、-40℃的低温浸渍快速冷冻工艺中可使用的载冷剂,分别为乙醇20%,丙二醇14%,氯化钠4%的水溶液(-20℃);乙醇20%,丙二醇21%,氯化钠4%的水溶液(-30℃);乙醇20%,丙二醇30%,氯化钠4%的水溶液(-40℃)。研究了上述的三种四元载冷剂在层流及湍流流动情况下其传热系数。结果表明,载冷剂在圆形断面直管内层流流动情况下,载冷剂中各组分的含量对导热系数与传热系数的影响较大,并且温度对导热系数与传热系数的影响较小。设计及制作了一台较有特色的螺旋式浸渍冷冻装置,并用其研究载冷剂在湍流流动情况下与球形食品模型之间的传热特征,建立载冷剂在此螺旋式浸渍冷冻设备中湍流流动的情况下对流传热无因次准数方程。结果表明,在载冷剂在湍流流动情况下对流传热无因次准数方程中雷诺数(Re)数和普朗特(Pr)数的指数各为0.697、0.36,常数为2.012×10-4。